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= Python测试驱动开发（TDD） =

'''测试驱动开发'''（Test-Driven Development，简称TDD）是一种软件开发方法，强调在编写实际功能代码之前先编写测试用例。TDD的核心思想是通过测试来驱动代码的设计与实现，从而提高代码质量、减少缺陷并增强可维护性。Python因其简洁的语法和丰富的测试框架（如`unittest`、`pytest`）非常适合TDD实践。

== 核心概念 ==
TDD遵循一个简单的循环流程，称为“红-绿-重构”：
# '''红'''：编写一个失败的测试用例（测试尚未实现的功能）。
# '''绿'''：编写最简代码使测试通过。
# '''重构'''：优化代码结构，同时保持测试通过。

<mermaid>
graph LR
    A[编写测试] --> B[运行测试失败]
    B --> C[编写最小实现]
    C --> D[运行测试通过]
    D --> E[重构代码]
    E --> A
</mermaid>

== 为什么使用TDD？ ==
* '''提高代码质量'''：测试覆盖率更高，缺陷更早暴露。
* '''清晰的设计'''：通过测试定义接口，避免过度设计。
* '''快速反馈'''：即时验证功能是否按预期工作。
* '''文档作用'''：测试用例本身就是功能的使用示例。

== 实践步骤 ==
=== 1. 编写测试用例 ===
使用Python的`unittest`模块（或其他框架如`pytest`）定义测试。例如，测试一个简单的加法函数：

<syntaxhighlight lang="python">
import unittest

class TestAddition(unittest.TestCase):
    def test_add_numbers(self):
        self.assertEqual(add(2, 3), 5)  # 假设add函数尚未实现

if __name__ == '__main__':
    unittest.main()
</syntaxhighlight>

运行后会失败（红），因为`add`函数不存在。

=== 2. 实现功能 ===
编写最简代码使测试通过：

<syntaxhighlight lang="python">
def add(a, b):
    return a + b
</syntaxhighlight>

重新运行测试，此时应通过（绿）。

=== 3. 重构 ===
优化代码逻辑或结构，例如扩展为支持多个数字相加：

<syntaxhighlight lang="python">
def add(*args):
    return sum(args)

# 更新测试用例
class TestAddition(unittest.TestCase):
    def test_add_numbers(self):
        self.assertEqual(add(2, 3), 5)
        self.assertEqual(add(1, 2, 3), 6)
</syntaxhighlight>

== 实际案例：开发一个购物车 ==
假设需要实现一个购物车的`add_item`方法：

=== 测试代码 ===
<syntaxhighlight lang="python">
class TestShoppingCart(unittest.TestCase):
    def test_add_item(self):
        cart = ShoppingCart()
        cart.add_item("apple", 1)
        self.assertEqual(cart.items, {"apple": 1})
</syntaxhighlight>

=== 实现代码 ===
<syntaxhighlight lang="python">
class ShoppingCart:
    def __init__(self):
        self.items = {}

    def add_item(self, item, quantity):
        self.items[item] = quantity
</syntaxhighlight>

=== 扩展功能（如重复添加） ===
更新测试后重构代码：
<syntaxhighlight lang="python">
def test_add_existing_item(self):
    cart = ShoppingCart()
    cart.add_item("apple", 1)
    cart.add_item("apple", 2)
    self.assertEqual(cart.items, {"apple": 3})

# 修改实现
def add_item(self, item, quantity):
    self.items[item] = self.items.get(item, 0) + quantity
</syntaxhighlight>

== 高级技巧 ==
* '''Mock对象'''：模拟外部依赖（如数据库、API）以隔离测试。
* '''参数化测试'''：使用`@pytest.mark.parametrize`测试多组输入。
* '''覆盖率工具'''：如`coverage.py`确保测试覆盖所有分支。

== 常见问题 ==
* '''测试过于琐碎'''：避免测试语言内置功能（如列表的`append`方法）。
* '''忽略重构阶段'''：重构是TDD的重要组成部分，不可省略。
* '''测试速度慢'''：将单元测试与集成测试分离，使用Mock加速。

== 数学基础 ==
TDD的可靠性可通过测试覆盖率衡量。若代码有<math>n</math>个分支，测试需覆盖所有路径，其组合数为<math>2^n</math>（最坏情况）。实践中通过等价类划分减少用例数。

== 总结 ==
TDD是一种以测试为核心的开发方法，适合Python项目从小型脚本到大型系统的开发。通过“红-绿-重构”循环，开发者能更自信地交付高质量代码。初学者可从简单函数开始练习，逐步掌握Mock和高级测试模式。

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